авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«Министерство образования Российской Федерации Томский политехнический университет В.Ф. Панин, А.И. Сечин, В.Д. Федосова ЭКОЛОГИЯ ...»

-- [ Страница 2 ] --

Другой тип взаимоотношений - паразитизм в различных формах. В са мом обычном случае организм - паразит постоянно живет на теле или внутри тела другого животного (хозяина). Такой паразитизм носит название истин ного в отличие от периодического, при котором паразит на хозяине развива ется лишь временно.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

Нередко случается, что два различных вида организмов взаимодейст вуют таким образом, что приносят друг другу взаимную пользу. Такие взаи мовыгодные межвидовые взаимодействия называются мутуализмом. Хоро шим примером последнего являются азотофиксирующие бактерии, живущие в клубеньках на корнях бобовых растений. Бактерии способны превращать атмосферный азот в аммонийную форму, пригодную для питания растений.

Растения, таким образом, обеспечивают бактерии местообитанием и пищей (сахарами), получая от них взамен доступную форму азота.

Еще один тип межвидовых взаимодействий - комменсализм - характе ризуется тем, что один из двух видов извлекает из такого взаимодействия пользу, тогда как на другом это практически никак не отражается (ни поло жительно, ни отрицательно). Например, в океане некоторые виды рачков се лятся на челюстных костях китов. В результате такого сожительства рачки приобретают безопасное убежище и стабильный источник пищи. Для кита от такого соседства, очевидно, нет никакой пользы, но и вреда оно тоже не при носит. Известны также такие типы взаимоотношений, как форезия - перенос одних организмов (рыбы-прилипалы) другими;

нейтрализм - взаимонезави симость совместно обитающих видов;

синойкия - использование чужих нор и гнезд;

аменсализм - один в присутствии другого не может нормально питать ся и развиваться - и множество других. Все они в совокупности представляют собой сложную структуру трофических факторов.

III. Генеративные - взаимоотношения на почве размножения.

Примером таких отношений является перекрестное опыление: ветро опыляемые и животноопыляемые растения, половой отбор у животных борьба между самцами за обладание самкой.

К этой же категории отношений относится забота о потомстве: вы кармливание, защита, обучение потомства.

Расселение видов происходит различными путями: летучки у растений, прикрепление семян к покровам животных, образование мясистых плодов, ягод и орехов, привлекающих животных, которые содействуют таким обра зом расселению растений.

2.2.4. Антропогенные факторы С появлением человека на Земле естественные процессы, протекающие в окружающей среде, меняются. Антропогенный фактор – природопреобра зующая деятельность людей, явившаяся новой движущей силой развития природы.

Вначале воздействие этого фактора проявлялось в ничтожных масшта бах, но постепенно - с накоплением знаний, с использованием огня, с совер шенствованием орудий труда и ростом численности населения планеты воздействие возрастало и становилось все более ощутимым.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

Первобытные племена охотников - собирателей во многом напоминали других всеядных консументов естественных экосистем. Около 12 тыс. лет на зад возникло сельское хозяйство. При этом происходил процесс отбора от дельных дикорастущих видов и создания условий для того, чтобы на нем развивались преимущественно данные растения. Эти растения защищаются человеком от конкуренции (с сорняками) и потенциальных консументов, а также обеспечиваются дополнительным питанием. Происходит приручение и селекция животных, которые охраняются от хищников и получают корма для оптимального роста и развития.

Люди, таким образом, стали создавать собственную, отличную от есте ственных экосистему человека (антропоэкосистему). С точки зрения "мощно сти" (способности к росту, размножению и распространению) антропоэкоси стема представляет собой исключение среди прочих. Ее возникновение по зволило людям в десятки тысяч раз увеличить свою численность и расселить ся по всей планете. Однако это не означает, что принцип лимитирующих факторов неприменим к экосистеме человека. Просто способность человека мыслить и изготовлять орудия труда позволила ему, хотя бы временно, пре одолеть действие обычных лимитирующих факторов. Но, как писал Ф. Эн гельс, разумная, по своим намерениям, деятельность людей в большинстве случаев в масштабе биосферы оказывается не только малоразумной, но и разрушительной. Ни одна экосистема на Земле не избежала влияния челове ка, некоторые из них уже полностью уничтожены.

Полностью отказаться от использования природных ресурсов невоз можно, но человеку надо тщательно контролировать свое воздействие на ок ружающую среду. Нельзя забывать, что, во-первых, даже единственный фак тор, не соответствующий зоне оптимума, уже приводит к стрессу и угрозе для организма, а, во-вторых, изменение любого, биотического или абиотиче ского, фактора вызывает цепную реакцию с далеко идущими последствиями.

Современные тенденции развития ведут к изменениям условий среды в гло бальных масштабах - это и кислотные дожди, и разрушение озонового экра на, и потепление климата из-за поступления в атмосферу двуокиси углерода при сжигании топлива. Наблюдается резкое изменение окружающей среды в результате загрязнения почв, водоемов, нерационального водопотребления.

Большой вред естественным экосистемам наносит истребление различных видов животных и растений, а также случайная или целенаправленная интро дукция видов из одних экосистем в другие.

Сейчас антропоэкосистема находится в стадии быстрого роста, сущест вование свое человек поддерживает за счет эксплуатации водных, почвен ных, энергетических и других ресурсов. Истощение их запасов может при вести к социальным конфликтам, чреватым разрушением всей цивилизации.

К счастью, у человечества есть альтернативный путь, ведущий к устой чивому развитию. Важнейшей особенностью последнего должно стать при знание пределов нашего выбора, ограниченного такими природными факто Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

рами, как, например, истощение ресурсов или нарушение экосистемы и про ведение соответствующих мероприятий. Первые шаги в этом направлении уже делаются. К ним относятся планирование семьи, создание заповедных территорий, контроль за загрязнением среды и т.п. В дальнейшем мы под робнее остановимся на рассмотрении этих вопросов.

2.2.5. Адаптация живых организмов к экологическим факторам Адаптации - эволюционно выработанные и наследственно закреплен ные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизне деятельность в условиях динамичных экологических факторов. Другими сло вами, это процесс приспособления организма к определенным условиям ок ружающей среды.

Любой живой организм может обитать лишь там, где режимы экологи ческих факторов соответствуют необходимым условиям. Особи, не приспо собленные к данным или изменяющимся условиям, вымирают.

Рассмотрим некоторые примеры адаптаций.

I. М о р ф о л о г и ч е с к и е а д а п т а ц и и.

Пример морфологических адаптаций - строение организмов, обитаю щих в воде, в частности, приспособления к быстрому плаванию у китообраз ных, приспособления к парению в воде у планктонных организмов. Растения, обитающие в пустынях, лишены листьев, и их строение наилучшим образом приспособлено к минимальным потерям влаги. Обитатели почвы имеют прочные покровы, кожное дыхание, вальковатую форму тела, редукцию глаз.

II. Ф и з и о л о г и ч е с к и е а д а п т а ц и и.

Эти адаптации заключаются, например, в том, что обитатели пустынь способны обеспечивать потребность во влаге путем биохимического окисле ния жиров. Биохимические процессы фотосинтеза отражают способность растений создавать из неорганических веществ органические в условиях строго определенного газового состава атмосферного воздуха. Состав пищи определяет особенности ферментативного набора в пищеварительном тракте животных.

III. П о в е д е н ч е с к и е а д а п т а ц и и.

Приспособительное поведение может проявляться у хищников в про цессе выслеживания и преследования добычи, а у жертв - в ответных реакци ях (затаивание, например). Некоторые насекомые отпугивают хищников и паразитов резкими движениями. Существуют формы приспособительного поведения животных, направленные на обеспечение нормального теплооб мена с окружающей средой: создание убежищ, передвижение с целью выбора оптимальных температурных условий, особенно в условиях экстремальных температур.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

2.3. Популяция, ее структура и динамика Все живые организмы существуют только в форме популяций. Изуче ние структуры и динамики популяций имеет большое практическое значение.

Не зная закономерностей жизнедеятельности популяций, нельзя обеспечить разработку научно обоснованных инженерных мероприятий по рациональ ному использованию и охране природных ресурсов.

В общем случае популяцией называют совокупность особей одного ви да, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляет ся та или иная степень обмена генетической информацией (панмиксия) [2].

Популяция, по мнению академика С.С. Шварца, дирижирует свою судьбу, дирижируя физиологическим состоянием слагающих ее индивидов.

Это очень важное положение, подчеркивающее сложность внутрипопуляци онных процессов, взаимоотношений между особями, слагающими популя цию.

Каждая популяция имеет определенную структуру: возрастную (соот ношение особей разного возраста), сексуальную (соотношение полов), про странственную (колонии, семьи, стаи и т.п.). Кроме того, каждая популяция, обитающая в том или ином месте, имеет определенную численность и ампли туду колебаний этой численности. Структура популяции, ее численность и динамика численности определяется экологической нишей данного вида, а именно: соответствием условий местообитания (т.е. режима факторов среды) требованиям (т.е. толерантности), слагающих популяцию организмов.

Поэтому, прямо или косвенно влияя на животный и растительный мир, человек всегда воздействует на популяции, меняет их параметры и структу ру, зачастую нарушая их соответствие реальным режимам экологических факторов. В ряде случаев это может привести к гибели популяции.

Типичный пример - резкое снижение численности многих животных, которые ныне занесены в Красную книгу и рассматриваются как исчезающие или находящиеся на грани уничтожения. Их крайне низкая численность ис ключает возможность случайного (в статистическом смысле) скрещивания, а значит, и не дает материала для естественного отбора. Крайний случай - это уничтожение (геноцид) вида, особенно если вид состоит из одной популяции.

Так произошло со стеллеровой коровой, странствующим голубем, европей ским быком - туром.

Охрана природы, таким образом, должна состоять в таком сохранении режимов экологических факторов, при котором не разрушаются экологиче ские ниши, обеспечивается нормальное функционирование популяций живых организмов, соответствие их состава и структуры конкретным условиям оби тания.

Основные параметры популяции - ее численность и плотность.

Численность популяции - это общее количество особей на данной тер ритории или в данном объеме.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

В любой природной системе поддерживается та численность особей в популяциях обитающих здесь животных и растений, которая в наибольшей степени отвечает интересам воспроизводства. Режим численности зависит от постоянно действующих регулирующих (управляющих) экологических фак торов.

Популяции могут быть более или менее многочисленными: у одних видов они представлены десятками экземпляров, у других - десятками тысяч.

Популяции бактерий или простейших в активном иле аэротенков (устройство для чистки сточных вод) состоят из миллиардов особей.

Численность бактерий в азротенке или биофильтре определяет качест во работы этих сооружений. В сельском и лесном хозяйстве от численности растительноядных видов зависит наносимый ими ущерб. Не зная фактиче ской численности и состояния популяций редких и исчезающих видов, не возможно вести работу по их охране и воспроизводству.

Для того, чтобы сравнить численность одной и той же популяции в разные отрезки времени, например, в разные годы, пользуются таким относи тельным показателем, как плотность популяции.

Плотность популяции - численность популяции, отнесенная к единице занимаемого ею пространства или среднее число особей на единицу площади или объема.

Так, плотность популяции лося и других теплокровных животных оп ределяется количеством особей, приходящихся на 10 тыс. га, население поч венных беспозвоночных соотносится с квадратным метром. При характери стике популяций микроорганизмов в активном иле используют количество особей в 1 см3.

Зная изменение плотности во времени или пространстве, можно уста новить, увеличивается или уменьшается численность особей. Динамика плотности популяций отражает сложные закономерности взаимоотношений между различными животными, между животными и растениями, поскольку все они являются биотическими факторами по отношению друг к другу.

Плотность может зависеть и от колебаний абиотических факторов среды. Для каждого вида существуют оптимальные пределы плотности его популяций.

Варьирование плотности в объеме каждой популяции зависит от состояния всей экологической системы.

Численность и плотность популяции - не случайные величины. Они предопределены не только режимами экологических факторов в данное вре мя, но и всем предшествующим развитием данной популяции, предыдущих поколений в том или ином сообществе. Принято говорить, что объем попу ляции определяется стациальной (стация - местообитание) емкостью экоси стемы для представителей популяции данного вида или емкостью места ло кализации экологической ниши.

Колебания численности живых организмов, населяющих ту или иную экологическую систему, имеют очень важное значение для человека, по Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

скольку многие животные и растения являются объектами его хозяйственной деятельности или причиной какого-либо ущерба. Поэтому знание закономер ностей динамики численности популяций необходимо для прогнозирования возможных нежелательных явлений и внесения в случае необходимости кор ректив в эту динамику с целью управления ею.

Изменение численности особей в популяции влияет на плотность. Если плотность изменяется в практически постоянном объеме стации, увеличение численности особей возможно лишь до определенного предела, который до пускает емкость экологической ниши. В конкретный момент времени чис ленность особей в популяции отражает ее рождаемость и смертность. В зави симости от соотношения этих показателей говорят о балансе популяции. Ес ли рождаемость выше, чем смертность, то популяция численно растет и на оборот.

Рождаемость популяции - численно выраженная способность популя ции к увеличению, или количество особей, родившихся за определенный пе риод.

Эта способность зависит от множества факторов: соотношения в попу ляции самцов и самок, количества половозрелых особей, плодовитости, числа поколений в году, обеспеченности кормом, влияния погодных условий и др.

Низкая плодовитость, характерная для тех видов, которые проявляют боль шую заботу о потомстве, и, наоборот, высокая плодовитость говорит о пло хих условиях выживания. Например, рыба - луна, которая совершенно не за ботится о своем потомстве, откладывает порядка 300 млн. икринок. Такие за ботливые родители, как горбуша и корюшка откладывают 1500 и 100 икри нок, соответственно. Они охраняют икру и личинки от вредных внешних воздействий и от уничтожения ее хищниками. Некоторые насекомые способ ны давать 2-3 поколения в год, т.е. 2-3 раза в году откладывают яйца в коли честве нескольких сотен;

мышевидные грызуны, с периодом беременности около месяца и коротким периодом становления половой зрелости, дают 5- поколений;

крупные теплокровные животные вынашивают плод несколько месяцев, достигают способности к воспроизводству на 3-4-й год и рождают всего 1-2 детенышей. Бактерии и простейшие, размножающиеся делением, повторяют этот акт многократно в течение нескольких часов.

Итак, если в популяции имеется 500 способных к размножению особей (Nо = 500) и в течение 10 дней (Т = 10) родилось 50 новых (Nо = 50), то рождаемость составит Р = 50 : 10 = 5, или в пересчете на одну особь Р = Nо / (ТNо ) = = 50 / (10500) = 0,01.

Смертность популяции (С) - это количество особей, погибших за опре деленный период.

Она бывает очень высокой и изменяется в зависимости от условий сре ды, возраста и состояния популяции. У большинства видов смертность в ран нем возрасте всегда бывает выше, чем у взрослых особей. Однако встречают Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

ся и такие виды, у которых смертность приблизительно одинакова во всех возрастах или преобладает у особей старших возрастов (рис. 2.4.).

Факторы смертности очень разнообразны. Она может быть вызвана влиянием абиотических факторов (низкие и высокие температуры, ливневые осадки и град, избыточная и недостаточная влажность и др.), биотическими факторами (отсутствие корма, инфекционные заболевание, враги и т.д.), в том числе и антропогенными (загрязнение окружающей среды, уничтожение животных, вырубка деревьев и др.).

Учитывая в тех или иных практических задачах численность популя ции, всегда имеют дело с выжившими на данный момент времени особями.

Поэтому фактической характеристикой состояния популяции является выжи ваемость. Под выживаемостью понимается доля особей в популяции, дожив ших до определенного момента времени или до возраста размножения. Кри вые выживания, приведенные на рис. 2.4., отображают естественную смерт ность в каждой популяции.

У людей в первой половине жизни процент смертности незначителен, затем резко возрастает. Нечто похожее - у дрозофилы и у большинства насе комых. У гидры, у чайки - смертность постоянна на протяжении всей жизни.

У устрицы - высокий процент смертности у молодых особей и низкий у по жилых.

У большинства видов продолжительность жизни самок намного боль ше, чем самцов.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

Если поместить популяцию в стабильную среду, из которой искусст венно изъяты все ограничивающие факторы, то численность популяции бу дет возрастать по экспоненциальному закону как функция времени.

Естественный прирост популяции можно представить отношением числа особей, на которое увеличилась популяция за единицу времени к на чальному значению ее численности.

r = dN / N dt, (1) где N - количество особей популяции в момент времени t;

dN - число особей, на которое увеличилась популяция за время dt;

r - показатель естественного прироста популяции.

Из (1) dN = r N dt.

Проинтегрировав это выражение, получаем rt N = Nо e (2) График, иллюстрирующий зависимость (2), приведен на рис. 2.5.

Таков случай человеческой популяции, зависимость численности кото рой от времени описывается экспонентой, во всяком случае, до настоящего времени.

Опыт показывает, что люди являются исключением - никакой другой вид животных не следует этому закону. Существуют ограничивающие фак торы, которые приводят количество особей каждого вида к оптимальному значению, совместимому со средой его обитания.

Например, если при очень благоприятных условиях популяция дает вспышку размножения, то начинают складываться условия конкуренции ме жду особями. Тогда для популяции выгодно, чтобы часть особей перестала размножаться и рост численности замедлился. Такие механизмы в природе работают очень четко.

Возьмем грызунов. На каком-то этапе их размножения, при определен ной плотности внутри сообщества, начинают обостряться внутренние отно шения - из-за территории, из-за самок. Агрессивные формы отношений начи нают преобладать над коммуникативными. Возникает обстановка стресса, который может увеличить гибель особей в популяции или блокировать по ступление в кровь половых гормонов. Не обязательно это происходит через стресс, есть и другие механизмы.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

Нередка и противоположная картина: если чрезмерно расплодились хищники или мало корма, то популяция резко сокращается. Тогда включают ся механизмы, стимулирующие размножение.

Идет процесс саморегуляции - популяция всегда стремится достичь оп тимального уровня своей численности.

Мы сталкиваемся с этим в реальной жизни. Например, ведем борьбу с грызунами с помощью ядов. Стопроцентного уничтожения вредителей нико гда не удается достичь. Кто-то засел в норе, кто-то был за пределами зон об работки. И вот эти уцелевшие единичные представители через некоторое время, усиленно размножаясь, восстанавливают численность популяции.

Следовательно, всегда существует предельно высокая (К) и низкая (М) численность и плотность популяции, переступить которые для популяции невозможно, рис. 2.5.

В этом случае возможны два варианта дальнейшей динамики данной популяции:

1. Численность стабилизируется и в целом ее динамика будет характе ризоваться так называемой логистической (S - образной) кривой (рис. 2.5.Б).

Скорость роста численности популяции в этом случае определится сле дующим выражением:

dN / dt = rN [( K-N ) / K], (3) Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

где [( К-N ) / K] - "сопротивление среды" (совокупность факторов, препятст вующих неограниченному росту численности популяции).

2. После достижения предела К наступает массовая гибель особей, воз вращающая численность популяции к некоторому нижнему пределу, после чего нарастание может начаться вновь (рис. 2.5.В). Подобные колебания чис ленности около среднего значения (предельной биотической нагруженности среды) типичны для многих животных.

Итак, тип динамики популяции отражает соответствие требований ор ганизма реальным условиям окружающей среды. Антропогенные воздейст вия способны существенно влиять на динамику популяций, отклоняя сло жившиеся исторически типы от установившейся нормы.

2.4. Экологическая система В предыдущей главе были даны основные понятия и определения, ка сающиеся экосистемы и близкого ей понятия "биогеоценоз".

В соответствии с приведенными выше формулировками биогеоценоз включает две главные составляющие: совокупность на определенной терри тории абиотических факторов, т.е. экотоп, и совокупность живых организмов - биоценоз (рис. 2.6.). В свою очередь, экотоп состоит из совокупности кли матических (климатоп) и почвенно-грунтовых (эдафотоп) факторов, а биоце ноз включает сообщества животных (зооценоз), растений (фитоценоз) и микроорганизмов (микробоценоз). Одно из важнейших свойств биогеоценоза - взаимосвязь и взаимозависимость всех его компонентов, что обозначено Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

стрелками на рис. 2.6. Климат обусловливает состояние и режим почвенных факторов, создает среду обитания живых организмов. Почва, в свою очередь, оказывает влияние на климат (от окраски поверхности почвы зависит ее от ражательная способность-альбедо, а значит температура, влажность воздуха), а также влияет на животных, растения и микроорганизмы. Все живые орга низмы тесно связаны между собой, являясь друг для друга либо источником пищи, либо средой обитания, либо факторами смертности.

Стрелки на рисунке означают каналы передачи информации между различными компонентами биогеоценоза. Человек своей деятельностью спо собен прямо или косвенно прерывать эти каналы и потоки вещества и энер гии или искажать их. Антропогенная деятельность всегда направляла на био геоценозы (экосистемы), вне которых нет жизни на Земле.

2.4.1. Структура наземной и водной экосистемы Экологические системы отличаются пространственной и видовой структурой.

Пространственная структура обусловливается тем, что недра, почвы, водный бассейн и атмосфера имеют ярусное строение, что, в свою очередь, влияет на распределение живых организмов в пространстве. В результате длительной эволюции в соответствии с абиотическими и биотическими усло виями, разные виды живых оргнизмов распределились в биогеоценозах так, что не только не мешают друг другу, а, наоборот, способствуют наиболее полному и эффективному освоению всех материальных и энергетических ре сурсов данного биотопа. Установлено, что многоярусные сложные сообщест ва более продуктивны, чем простые одноярусные.

Таким образом, ярусность - это явление вертикального расслоения биоценозов на разновысокие структурные части. Наиболее четко, она выра жена в растительных сообществах (фитоценозах). Благодаря ярусности раз личные растения и их органы питания располагаются на разной высоте (или глубине) и поэтому легко уживаются в сообществе.

В лесу нередко выделяется до шести ярусов:

I - деревья первой величины (ель, сосна, дуб, береза, осина);

II - деревья второй величины (рябина, черемуха);

III - подлесок из высоких кустарников (шиповник);

IV - подлесок из средних кустарников и крупных трав (багульник, го лубика, иван-чай);

V - низкие кустарнички и мелкие травы (клюква);

VI - мхи, напочвенные лишайники и др.

Аналогично можно расчленить и луговые сообщества.

Ярусно располагаются и подземные части растений. Корни у деревьев, как правило, проникают на большую глубину, чем у кустарников, ближе к поверхности находятся корни мелких травянистых растений, а непосредст Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

венно на поверхности - корни мхов. При этом в поверхностных слоях почвы корней значительно больше, чем в глубинных.

Растения каждого яруса обусловливают особый микроклимат и созда ют определенную среду (экологическую нишу) для обитания в нем строго специфических животных. В результате возникают группировки растений и животных, тесно связанных между собой. Так, например, в почвенном ярусе леса, заполненном корнями растений, обитают бактерии, грибы, насекомые, клещи, черви. В лесной подстилке среди разлагающихся растительных остат ков, мхов, лишайников также живут насекомые, клещи, пауки, множество микроорганизмов. Более высокие ярусы - травостой, подлесок - занимают растительноядные насекомые, птицы, млекопитающие и другие животные.

При этом даже птицы, свободно передвигающиеся в пространстве, обычно придерживаются определенного яруса. Особенно ярко это проявляется в пе риод гнездования.

Каждая конкретная экосистема имеет видовую структуру, т.е. характе ризуется видовым составом. В дубраве - это дуб, в бору сосна, в ковыльной степи - ковыль и т.д. В лесу, состоявшем из многих десятков видов растений, только один или два вида дают 90% древесины. Эти виды называются доми нирующими, или доминантными. Они занимают господствующее положение в биоценозе. Обычно наземные биоценозы называют по доминирующим ви дам: лиственничный лес, ковыльная степь и т.д. Кроме того, в экосистеме мо гут быть и так называемые эдификаторы, которые не просто доминируют здесь, а играют роль "образователей" сообщества, определяя режим темпера туры, влажности, освещенности, специфику почвенно-грунтовых условий.

То же касается и водных систем. Водоемы подразделяются на две большие группы: стоячие водоемы, или лентическая среда (lentis спокойный), к которым относятся озера, пруды, болота, и проточные водо емы, или лотические (lotus - омывающий), куда входят реки, ручьи.

Специфика водных объектов определяется многими факторами, прежде всего, термодинамическими характеристиками воды, включающими более высокую, чем у воздуха удельную теплоемкость, большую скрытую теплоту плавления, самую высокую из известных веществ теплоту парообразования, наибольшую плотность при строго определенной температуре (+4оС).

Абиотические факторы водной среды, рассмотренные выше, обуслов ливают распределение населяющих водоемы живых организмов, из которых одни обитают на глубине, другие - у поверхности, а третьи - в толще воды.

В любом лентическом водоеме можно выделить четыре основные зоны жизни (рис. 2.7.).

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

Литораль включает берег водоема и прибрежные, богатые питательны ми веществами мелководья, до дна освещенные солнцем. Здесь обитают раз нообразные свободно плавающие продуценты, прикрепленные к грунту вод ные растения и другие водные организмы (лягушки, улитки, змеи). Пелагиаль представляет собой поверхностный слой открытых вод, в достаточной мере освещенный солнцем. В зависимости от содержания питательных веществ здесь находятся различные по объему популяции пассивно плавающего фи топланктона, растительноядных видов зоопланктона и рыб. Профундаль - это глубоководная часть зоны открытых вод, где солнечная освещенность недос таточна для процессов фотосинтеза. Ее населяют виды рыб, приспособлен ных к обитанию в холодных, слабоосвещенных водах. Бенталь (дно водоема) населена многочисленными редуцентами, моллюсками и личинками насеко мых. Эти организмы питаются отмершими растениями, остатками животных организмов и выделениями животных, поступающими с поверхности.

В реках и ручьях, в основном, выделяют две зоны: мелководные пере каты и глубоководные плесы. Каждой из этих зон свойственны свои обитате ли.

Движение воды, особенно в лотических водоемах, связанное с ее ско ростью, турбулентностью, обусловливает передвижение и локализацию сбра сываемых производством веществ, специфику их осаждения, разложения и процессы самоочищения водоемов.

В любой экологической системе растения, животные и микроорганиз мы развиваются только совместно, обусловливая существование друг друга.

Все живые организмы прошли свой эволюционный путь развития в тесном Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

взаимодействии, в результате чего у них выработались взаимные приспособ ления друг к другу, и раздельно существовать они не могут.

Умение различать наземные и водные экосистемы весьма полезно, но не менее важно понимать взаимосвязь этих систем.

К числу важнейших из них относится смыв органических питательных веществ, преимущественно нитратов и фосфатов, с поверхности земли в вод ные экосистемы. Эти питательные вещества поддерживают жизнь водных растений в реках и озерах, что, в свою очередь обеспечивает жизнь водных животных. За счет поступления гниющих органических веществ в водные экосистемы снабжаются пищей микроорганизмы. Когда почва смывается в озера и медленно текущие реки, почвенный материал отлагается на дне. Эти осадки постепенно преобразуют типы жизни водной флоры и фауны. В конце концов, водная экосистема превращается в экосистему суши.

Природные процессы и деятельность человека могут коренным обра зом изменить скорость перемещения органических питательных веществ и почвенного материала с суши в воду. Например, затопление или расчистка участков под пашню увеличивают темпы поступления веществ в водные эко системы, часто перегружая их органикой, что приводит к эвтрофикации - из менению физических, химических и биологических свойств водоема при долговременном поступлении питательных веществ с прилегающих террито рий за счет процессов естественной эрозии и стока. Это может стать причи ной бурного роста водорослей. При отмирании водорослей и их последую щей переработке аэробными (потребляющими кислород) редуцентами в воде резко уменьшается содержание растворенного кислорода, что приводит к ги бели рыб и других организмов.

С другой стороны, происходит поступление вещества и из водных сис тем в наземные. Рыбы и моллюски являются пищей для многих обитающих на суше животных (морские птицы, медведи, орлы) и для человека. С экс крементами часть питательных веществ возвращается из моря на сушу как элемент круговорота азота и фосфора.

2.4.2. Гомеостаз и сукцессия экологической системы Естественные экологические системы (леса, степи, водоемы) сущест вуют в течение десятков, сотен и более лет, т.е. обладают определенной ста бильностью во времени и пространстве. Для поддержания стабильности сис темы необходима сбалансированность потоков вещества и энергии, процес сов обмена веществ между организмами и окружающей их средой. Конечно, ни одна экосистема не бывает абсолютно стабильной, неподвижной. Может периодически увеличиваться численность популяций одних видов животных и растений, но при этом уменьшается численность других. Подобные процес сы имеют более или менее правильную периодичность и в целом не выводят систему из равновесия.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы носит назва ние гомеостаза ("гомео" - тот же, "стазис" - состояние). Гомеостатичность важнейшее условие существования любой экологической системы, однако в разных сообществах его признаки и закономерности неодинаковы.

Например, в естественной экосистеме гомеостаз поддерживается тем, что такая система открыта, т.е. непрерывно получает информацию из окру жающей среды: к растениям непрерывно поступает солнечная энергия, масса химических веществ.

Иное дело - антропогенная экологическая система, она не может рас сматриваться как открытая. Например, система для очистки сточных вод - аэ ротенк. При поступлении в аэротенк вещества, содержащиеся в сточных во дах, сорбируются поверхностью активного ила, т.е. хлопьевидными скопле ниями бактерий, простейших, коловраток и др. При непрерывном поступле нии сточных вод содержащиеся в них вещества накапливаются в аэротенке, а концентрация активного ила снижается. В конечном итоге равновесное со стояние такой экосистемы нарушается, качество очистки снижается, система может перестать работать. Для того, чтобы система аэротенка сохраняла ре жим своей работы, человек вынужден сам поддерживать ее гомеостаз.

Управление заключается в постоянном нагнетании воздуха (аэрации), перио дическом обновлении ила.

Несмотря на то, что естественная экосистема находится в состоянии подвижно-стабильного равновесия, она испытывает медленные, но постоян ные изменения во времени, имеющие последовательный характер. Эти изме нения в первую очередь касаются биоценоза (биоты). Такую последователь ную смену одного биоценоза другим называют сукцессией (лат. "сукцедо" следую).

Сукцессии - естественное явление, хотя часто обусловлены вмешатель ством человека. Они наблюдаются в природе, если в процессе своего разви тия сообщество изменяет среду так, что она становится благоприятнее для другого сообщества, формирование которого делает среду еще менее благо приятной для первого. Так происходит постепенное превращение одних эко систем в другие.

Различают первичные и вторичные сукцессии. Первичной сукцессией называется процесс развития и смены экосистем на незаселенных ранее уча стках. Классический пример - постепенное обрастание голой скалы с разви тием в конечном итоге на ней леса. Голый камень малопригоден для жизни.

Семена с трудом находят место, подходящее для закрепления и прорастания, а если и прорастут, всходы скорее всего погибнут из-за нехватки воды, воз действия ветра и солнца. Однако мхи могут расти и в таких условиях. Их крошечные клетки – споры прорастают в мельчайших трещинах скал;

при за сухе мхи переходят в неактивные, покоящиеся состояния, но не гибнут. При малейшем увлажнении продолжается их рост с формированием как бы ковра на поверхности скалы. Он как сито улавливает частицы породы, приносимые Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

ветром или водой. Так постепенно накапливается почва. Вместе с моховым покрытием она обеспечивает место для поселения семенных растений, при чем мох удерживает воду, необходимую для прорастания семян. Крупные растения накапливают и образуют почву, кроша скалу своими корнями. На конец, ее слой оказывается достаточным для развития деревьев и кустарни ков. Их опадающие листья не дают расти мхам и большинству других мелких видов, начавших сукцессию. Так постепенно на изначально голой скале идет процесс смены мхов травами и, наконец, лесом.

Восстановление экосистемы, когда-то уже существовавшей на данной территории, называют вторичной сукцессией. Классический пример ее - пре вращение вырубки или заброшенной пашни в лес. Вначале появляются тра вянистые растения, далее - в результате налета семян - всходы деревьев и кустарников, причем обычно сначала развиваются светолюбивые и быстро растущие лиственные породы, и лишь по прошествии определенного време ни под пологом лиственных начинают расти хвойные.

Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножа ясь, сохраняют относительно постоянную численность, и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называют климаксом, а экосистему климаксовой. В разных абиотических условиях формируются неодинаковые климаксовые экосистемы. В сухом и жарком климате это бу дет пустыня;

в жарком, но влажном - тропический лес. Необходимо отметить, что даже такие системы не абсолютно стабильны;

просто все виды достигли в них состояния равновесия друг с другом и со средой. Это динамическое рав новесие подразумевает непрерывную "настройку" и "перенастройку", так как и популяции, и условия меняются год от года.

При сукцессиях изменения экосистем происходят медленно и посте пенно: это более или менее упорядоченный процесс замещения одних видов другими, на всех стадиях которого экосистема достаточно сба лансирована и разнообразна. Резкие изменения, вызывающие популяцион ный взрыв некоторых видов за счет гибели большинства других, свидетель ствуют об экологическом нарушении. Примером этого может служить упо мянутый выше сброс богатых биогенами сточных вод в естественные водо емы, вызывающий бурный рост водорослей. Наконец, изменения могут быть столь резкими, что практически ни один исходящий компонент экосистемы не сохраняется. Тогда говорят о ее гибели.

Если не считать землетрясений, извержений вулканов и аналогичных катастроф, то естественные изменения экосистем, как правило, протекают постепенно, по типу сукцессий, тогда как вмешательство человека часто бы вает внезапным и глубоким, приводящим к нарушениям или гибели экоси стем.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

2.5. Энергетика и продуктивность экосистемы В функционирующей природной экосистеме не существует отходов.

Все организмы, живые или мертвые, потенциально являются пищей для дру гих организмов: гусеница ест листву, дрозд питается гусеницами, ястреб спо собен съесть дрозда. Когда растения, гусеница, дрозд и ястреб погибают, они, в свою очередь перерабатываются редуцентами.

Организмы природных экосистем вовлечены в сложную сеть многих связанных между собой пищевых цепей, называемой пищевой сетью.

С каждым переходом из одного трофического уровня в другой в преде лах пищевой цепи или сети совершается работа, и в окружающую среду вы деляется тепловая энергия, а количество энергии высокого качества, исполь зуемой организмами следующего трофического уровня, снижается. Такое со кращение используемой энергии высокого качества на каждом последующем трофическом уровне является следствием второго начала термодинамики.

Таким образом, экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество и качество которой от носительно постоянно и избыточно. Назовем это первым основным принци пом функционирования экосистем [19].

Процентное содержание энергии высокого качества, переходящей из одного трофического уровня в другой, колеблется от 2 до 30 % в зависимости от вовлекаемых типов живых организмов и от экосистемы, в которой проис ходит трансформация энергии. Экологи подсчитали, что в дикой природе в среднем около 10 % доступной высококачественной химической энергии од ного трофического уровня трансформируется в доступную химическую энер гию в организмах следующего уровня. Оставшаяся энергия используется для поддержания жизнедеятельности организмов, но большая ее часть теряется в окружающей среде как тепловая энергия низкого качества.

В процессе жизнедеятельности биоценоза создается и расходуется ор ганическое вещество. Это значит, что каждая экосистема обладает опреде ленной продуктивностью. Продуктивность оценивают как скорость образо вания вещества (биомассы), например, г/сутки, т/год.

Первичная продуктивность системы определяется как биомасса, произ водимая продуцентами на единице площади за единицу времени. Однако в процессе жизнедеятельности растений часть созданного вещества расходует ся на дыхание и, следовательно, в единицу времени на единице площади на капливается меньше биомассы, чем ее было создано. Чистая продуктивность равняется скорости, с которой растения производят химическую энергию в процессе фотосинтеза, за вычетом скорости, с которой растения используют некоторую часть этой энергии для аэробного клеточного дыхания, необходи мого для их жизнедеятельности, роста и размножения.

Консументы также создают органическое вещество за счет чистой пер вичной продуктивности, но сами синтезировать органические вещества из Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

неорганических не могут. Продуктивность консументов носит название вто ричной.

Как было указано выше, вторичная продуктивность исключительно низка: при передаче от каждого предыдущего звена трофической цепи к по следующему теряется 90 - 99 % энергии. Если, например, растениями на 1 м поверхности почвы создано за сутки количество вещества, эквивалентное кДж, то продукция первичных консументов составит 8,4 кДж, а вторичных не превысит 0,8 кДж. Расчеты показывают, что для образования 1 кг говяди ны необходимо 70 - 90 кг свежей травы.

Рассматривая поток энергии в экосистемах, легко понять, почему с по вышением трофического уровня биомасса снижается. Во-первых, любую по пуляцию живых организмов можно рассматривать как биомассу (общую мас су живых организмов), которая каждый год увеличивается за счет роста и размножения организмов и одновременно сокращается за счет их естествен ной гибели и потребления консументами. Если она остается на постоянном уровне, как и бывает в стабильной экосистеме, следовательно, консументы 1 го порядка, например, съедают за год не больше того, что производят проду центы. Если они будут съедать больше (скажем, при избыточном выпасе), то популяция продуцентов в конце концов исчезнет. Во-вторых, существенная доля потребляемой консументами биомассы не усваивается ими и возвраща ется в экосистему в виде экскрементов. Если еще учесть, что большая часть переваренной пищи расходуется на выработку энергии, то становится понят но, почему общая биомасса продуцентов во много раз больше, чем у расти тельноядных животных. То же самое наблюдается и при переходе на более Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

высокие трофические уровни. Это второй основной принцип функциониро вания экосистем - чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень.

Продуктивность экологических систем и соотношение в них различных трофических уровней выражается в виде пирамид (рис. 2.8.).

Длина прямоугольника пропорциональна потоку энергии каждого уровня. Пирамиды наглядно иллюстрируют соотношения биомасс и эквива лентных им энергий в каждом звене пищевой цепи и используются в практи ческих расчетах при обосновании, например, необходимых площадей под сельскохозяйственные культуры с тем, чтобы обеспечить кормами скот, а следовательно, потребность населения в животном белке.

Годовая первичная продуктивность наземных экологических систем характеризуется данными табл. 2.1.

Из данных таблицы видно, что в настоящее время наибольший объем первичной продукции создается лесными и степными экологическими систе мами.

Жизнь людей, их производственная деятельность зависят от продук тивности основных биогеоценозов, от первичной продукции и ее распреде ления. Питание людей обеспечивается, главным образом, сельскохозяйствен ными культурами, занимающими около 10 % площади суши и дающими в год около 9 млрд. тонн органического вещества, что составляет значитель ную часть мировых ресурсов. Если по первичной продуктивности имеются относительно достоверные данные, то по продуктивности других трофиче ских уровней их мало. Определение вторичной продуктивности экосистем сопряжено с большими трудностями, и известны лишь косвенные данные на пример, биомасса на различных уровнях.

Таблица 2. Первичная биологическая продуктивность наземных экосистем земного шара (по Р.Х. Уиттекеру, 1980) [50] Чистая первичная Общая чистая Типы экосистем Площадь, продуктивность, продуктивность, г/м2 за год.

106 км2 109 т/год Колебания в среднем 1 2 3 4 Влажные тропиче- 17 1000 – 2200 37, ские леса Тропические сезон- 7,5 1000 – 1600 12, ные леса Вечнозеленые леса 600 – Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

умеренного пояса 5,0 2500 1300 6, Листопадные леса 600 – умеренного пояса 7,0 2500 1200 8, Бореальные леса 12,0 400 – 800 9, (тайга) Лесо-кустарнико- 8,5 250 – 700 6, вые сообщества Саванны 15,0 200 - 900 13, Лугостепи умерен- 9,0 200 - 600 5, ного пояса Тундра и высокого- 8,0 10 - 400 140 1, рья Пустыни и полупус- 18,0 10 - 250 90 1, тыни 24,0 0 - 10 3 0, Экстремальные пус тыни, скалы, пески и др.

Культивируемые 14,0 100 - 650 9, земли Болота и марены 2,0 800 - 2000 4, 1 2 3 4 Озера и реки 2,0 100 - 250 0, Материковые эко- 149 0 - 3500 773 системы в целом:

Открытый океан 332,0 2 - 400 125 41, Зоны апвеллинга 0,4 400 - 500 0, Континентальный 26,6 200 -600 360 9, шельф Заросли водорос- 0,6 500 - 2500 1, лей и рифы Речные дельты (эс- 1,4 200 - 1500 2, туарии) Морские экосис- 361,0 2 - 4000 152 темы в целом 510,0 0 - 4000 333 Средняя и общая продуктивность биосферы Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

Данные о распределении всей биомассы организмов на Земле приведе ны в табл. 2.2.

Как видно, биомасса организмов океана ничтожно мала в сравнении с биомассой наземных животных, растений и микроорганизмов.

Таблица 2.2.

Биомасса организмов Земли Оценочные характеристики Сфера Тонн % Суша:

2, Растения 99, 0, Животные и микроорганизмы 0, 2, Итого Океан:

0, Растения 6, 0, Животные и микроорганизмы 93, 0, Итого 2, Всего 2.6. Круговорот веществ в биосфере В.Р. Вильямс писал, что единственный способ придать чему-то конеч ному свойства бесконечного - это заставить конечное вращаться по замкну той кривой, т.е. вовлечь его в круговорот. Именно это и происходит в экоси стемах.

Биогенный круговорот происходит на уровне экосистемы и заключает ся в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и жизненные процессы как их самих, так и организмов-консументов. Редуценты разлагают органиче ские вещества до минеральных компонентов, опять-таки доступных растени ям и вновь вовлекаемых ими в поток вещества.

Итак, третий основной принцип функционирования экосистем - полу чение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.

Рассмотрим такой круговорот для основных компонентов, входящих в состав биосферы.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

2.6.1. Круговорот углерода Углерод, содержащийся в виде CO2 в атмосфере (23,5 1011 т) служит "сырьем" для фотосинтеза растений, а затем вместе с их веществом потребляется консументами разных трофических уровней. При дыхании рас тений, животных и редуцентов, а также по мере разложения мертвого веще ства в почве выделяется CO2, в форме которого углерод и возвращается в ат мосферу (рис. 2.9.).

Большая часть углерода, вовлеченного в круговорот, содержится в океанах. От углерода, содержащегося в океанах в виде карбонатов, главным образом, зависит количество двуокиси углерода в атмосфере. Океан погло щает избыток двуокиси углерода из воздуха, в результате чего образуются карбонатные и бикарбонатные ионы. Существует и обратный процесс, в ходе которого двуокись углерода выделяется из океанов в атмосферу. Таким обра зом, океаны, поддерживающие концентрацию CO2 в атмосфере на постоян ном уровне, играют роль своеобразного буфера. Считается, что этот меха низм обеспечивал относительное постоянство содержания двуокиси углерода в атмосфере, пока не вмешался фактор индустриализации.


В далекие геологические эпохи (сотни миллионов лет назад) значи тельная часть фотосинтезируемого органического вещества не использова лась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погре балась под минеральными осадками. Находясь в земле миллионы лет, этот детрит (мертвые растительные и животные остатки) под действием высоких температуры и давления превращался в нефть, природный газ и уголь. Теперь Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

мы в огромных количествах добываем это ископаемое топливо для обеспече ния энергетических потребностей нашего индустриального общества и, сжи гая его, завершаем круговорот углерода. При сжигании углерод топлива вы деляется в виде CO2, концентрация которого в воздухе резко возрастает: его поступление существенно превышает поглощающие возможности растений.

Это чревато серьезными климатическими последствиями, о чем речь пойдет в разделе, посвященном инженерной защите атмосферы.

2.6.2. Круговорот азота Организмы нуждаются в различных химических формах азота для об разования белков и генетически важных нуклеиновых кислот типа ДНК.

Большинству зеленых растений требуется азот в форме нитрат-ионов (NO3) и ионов аммония (NH4+). Газообразный азот (N2), составляющий 78 % объема земной атмосферы, ни растениями, ни людьми, ни большинством других ор ганизмов не может быть использован непосредственно. Газообразный азот может преобразовываться в растворимые в воде соединения, содержащие нитрат-ионы и ионы аммония, усваиваемые корнями растений в процессе круговорота азота (рис. 2.10).

Преобразование атмосферного газообразного азота в усваиваемые рас тениями химические формы называется фиксацией азота. Осуществляется она, в основном, либо сине-зелеными водорослями и определенными видами бактерий в почве и воде, либо бактериями из рода Rhizobium, обитающими в небольших клубеньках на корнях люцерны, клевера, гороха, фасоли и других бобовых растений. Определенный вклад в фиксацию азота вносят грозовые разряды молний, при которых газообразные азот и кислород в атмосфере превращаются в оксид и диоксид азота. Эти газы взаимодействуют с водяным паром и преобразуются в нитрат-ионы, которые попадают на земную поверх ность в форме азотной кислоты, растворенной в атмосферных осадках, и в форме частиц нитратных солей.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

Неорганические нитрат-ионы и ионы аммония, поглощаемые расте ниями из почвенной влаги, преобразуются ими в белки, ДНК и другие необ ходимые им азотсодержащие органические соединения. Животные покрыва ют большую часть своих потребностей в азотных питательных веществах, поедая растения или других растительноядных животных.

Особые бактерии - редуценты превращают азотсодержащие органиче ские соединения биологических отходов (экскрементов и мертвых организ мов) в неорганические вещества такие, как газообразный аммиак (NH3) и рас творимые в воде соли, содержащие ионы аммония (NH4+). Другие специаль ные группы бактерий затем преобразуют эти неорганические формы азота в нитрат-ионы в почве и в газообразный азот, который, попадая в атмосферу, замыкает цикл.

2.6.3. Круговорот фосфора Фосфор в виде фосфат-ионов (PO43- и HPO42-) является важным пита тельным элементом как для растений, так и для животных. Он входит в со став молекул ДНК, несущих генетическую информацию;

молекул АТФ и АДФ, в которых запасается необходимая для организмов химическая энер гия, используемая при клеточном дыхании;

молекул жиров, образующих кле точные мембраны в растительных и животных клетках;

а также веществ, вхо дящих в состав костей и зубов животных.

Круговорот фосфора показан на рис. 2.11.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

В этом круговороте фосфор медленно перемещается из фосфатных ме сторождений на суше и мелководных океанических осадков к живым орга низмам и затем обратно.

Фосфор, высвобождаемый при медленном разрушении (или выветри вании) фосфатных руд, растворяется почвенной влагой и поглощается кор нями растений. Тем не менее, в большинстве почв содержатся очень незначи тельные количества фосфора, так как фосфатные соединения очень плохо растворяются в воде и встречаются лишь в определенных типах горных по род. Таким образом, во многих почвах и водных экосистемах содержание фосфора является лимитирующим фактором роста растений.

Животные получают необходимый им фосфор, поедая растения или других растительноядных животных. Значительная часть этого фосфора в виде экскрементов животных и продуктов разложения мертвых животных и растений возвращается в почву, в реки и на дно океана в виде нерастворимых фосфатных осадочных пород.

Часть фосфора возвращается на поверхность суши в виде обогащенной фосфором органической массы экскрементов птиц питающихся рыбой. Од нако несравнимо большее количество фосфатов ежегодно смывается с по верхности суши в океан в результате природных процессов и антропогенной деятельности.

Вследствие длящихся миллионы лет геологических процессов могут подниматься и осушаться участки океанического дна, образуя острова или материки. Последующее выветривание обнажившихся горных пород приво дит к высвобождению новых количеств фосфора и продолжению круговоро та.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

2.6.4. Круговорот серы Сера преобразуется в различные соединения и циркулирует в биосфере.

Из природных источников она попадает в атмосферу в следующем виде:

– сероводород (H2S) - бесцветный, дурно пахнущий ядовитый газ - при извержении вулканов, при разложении органических веществ в болотах и за тапливаемых приливами низинах;

– диоксид серы (SO2) - бесцветный, удушливый газ при извержении вулканов;

– частицы сульфатных солей (например, сульфат аммония) – из мель чайших брызг океанической воды.

Около трети всех соединений серы и 99 % диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержа щих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две тре ти всех антропогенных выбросов двуокиси серы в атмосферу. Остальная треть приходится на такие технологические процессы, как переработка неф ти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд.

В атмосфере двуокись серы окисляется кислородом до газообразного триоксида серы, который при реакции с водяным паром образует мельчай шие капельки серной кислоты (H2SO4). Взаимодействуя с другими атмосфер ными компонентами, триоксид серы может образовывать мельчайшие части цы сульфатных солей. Серная кислота и сульфатные соли вносят свой вклад в образование кислотных осадков, нарушающих жизнедеятельность лесных и водных экосистем.

2.6.5. Круговорот воды Гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды, состоит в следую щем. Солнечная энергия и земное притяжение непрерывно перемещают воду между океанами, атмосферой, сушей и живыми организмами. Важнейшими процессами этого круговорота являются испарение, конденсация, осадки и сток воды назад в море для возобновления цикла.

Под воздействием поступающей солнечной энергии вода испаряется с поверхности океанов, рек, озер, почв и растений и поступает в атмосферу.

Ветры и воздушные массы переносят водяной пар в различные районы Зем ли. Понижение температуры в отдельных частях атмосферы приводит к кон денсации водяного пара, образованию облаков и туманов и выпадению атмо сферных осадков.

Часть пресной воды возвращается на поверхность земли в виде осад ков, замерзает в ледниках. Однако в основном она заполняет понижения и ложбины и стекает в ближайшие озера, ручьи и реки, которые несут ее назад Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

в океан, тем самым, замыкая кольцо круговорота. Такой сток пресных вод с поверхности суши вызывает также эрозию почв, которая приводит к переме щению различных химических веществ в рамках других биогеохимических циклов.

Значительная часть возвращаемой на сушу воды просачивается глубоко в грунт. Там происходит накопление грунтовых вод в водоносных горизонтах - подземных резервуарах. Подземные источники и водотоки в итоге возвра щают воду на поверхность суши и в реки, озера, ручьи, откуда она вновь ис паряется или стекает в океан. Однако циркуляция подземных вод происходит несравнимо медленнее, чем циркуляция поверхностных и атмосферных вод.

2.7. Помехи в экосистемах Итак, все компоненты экологической системы, находясь в постоянном взаимодействии между собой, образуют круговороты химических элементов.

Обмен веществ организмов между собой и обмен их с окружающей средой можно рассматривать как процессы передачи информации и энергии. Следо вательно, в любой экосистеме, где существуют пищевые цепи, имеются оп ределенные "каналы" передачи этой информации: химической, энергетиче ской, генетической и др. [10].

Сбалансированность биологического круговорота, а следовательно, и устойчивость экологических систем, с точки зрения кибернетики, обеспечи ваются механизмами и процессами обратной связи. Принцип обратной связи заключается в том, что некоторый управляющий компонент той или иной системы получает информацию от управляемых компонентов, используя эту информацию для внесения коррективов в дальнейший процесс управления.

Для пояснения принципа обратной связи в экологии рассмотрим ус ловную простую экологическую систему, состоящую только из двух трофи ческих уровней "олень-волк". То есть в этой модельной экосистеме отсечены «продуцентная» и «редуцентная» части, а сложная связь трофических кана лов, существующая в реальном, представлена звеном перехода вещества и энергии от консумента 1-го рода (олень) к консументу 2-го рода (волк). По добное упрощение позволит сделать некоторые принципиальные выводы.


В этой системе волки (хищники) поедают оленей (жертв). Если числен ность жертвы постоянно растет, то хищник, который только этой жертвой и питается, тоже имеет возможность увеличить свою численность (объем по пуляции). В этом проявится положительная обратная связь, которая стремит ся вывести систему из равновесия. Но поскольку волк ест оленей, то он, есте ственно, снижает численность популяции оленя. В этом проявляется отрица тельная обратная связь, которая компенсирует отклонение и возвращает сис тему в исходное состояние. Если численность волка почему-либо резко воз растает, то он, соответственно, снизит и численность оленя, и сам будет по Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

ставлен перед условием ограничения собственной численности, так как будет испытывать недостаток пищи.

В естественной экологической системе все время поддерживается рав новесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. Численность волка и оленя всегда будет держаться на определенном уровне. Сколь бы ни была сильна экосистема, она всегда сба лансирована, устойчива и только поэтому продуктивна.

При некоторых условиях обратная связь, или передача информации, может быть нарушена. Например, на оленей начал охотиться другой хищник и стал мешать в этом отношении волку, или среди оленей возникла инфекци онная болезнь. При этом сбалансированность системы нарушается, причем нарушение это может быть обратимым или необратимым. Говоря языком ки бернетики, в каналах обратной связи между популяциями волка и оленя поя вились помехи. Роль помех могут играть и абиотические факторы среды, на пример, факторы климатические. Засуха может снизить продуктивность рас тений и ограничить пищу для оленя, что немедленно скажется на волке. Кро ме того, волк, ослабленный недостатком пищи, потеряет устойчивость к ин фекционным заболеваниям.

Воздействия помех на популяцию носят статистический характер. Те особи, для которых помехи оказались непреодолимыми, погибнут или не да дут потомства, а более стойкие выживут, передав наследственную информа цию своим потомкам. Происходит естественный отбор под влиянием помех.

Эти помехи являются положительными, полезными и выступают как фактор эволюции.

Очевидно, чем более сложна экологическая система, тем больше име ется в ней перекрещивающихся трофических цепей и тем выше ее информа тивность, а значит и стабильность во времени и пространстве.

Однако в системе "олень-волк" могут появиться помехи, носящие стрессовый характер. Если такие помехи находятся в определенных преде лах, то станет меньше оленей, но и меньше волков. Стабильность системы в целом не нарушится, но объем трофических уровней в цепи изменится, со хранив, однако, обусловленное законами термодинамики соотношение пред шествующих и последующих звеньев этой цепи. При этом новый уровень стабильности системы опять-таки будет обеспечиваться механизмами обрат ной отрицательной связи.

Давление помех, конечно же, не может быть беспредельным. При оп ределенной степени стрессового фактора, например, при нашествии других хищников или массовой гибели одного из компонентов из-за болезней, ин формационная обеспеченность экосистемы не сможет за счет отрицательной обратной связи компенсировать отклонения, определяемые положительной обратной связью. То есть применительно к конкретной экосистеме «олень волк» для условий стресса существует статистически взвешенное число оле ней, при котором экосистема еще сохраняет свое существование. Это число Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

предел устойчивости гомеостаза экосистемы. Если интенсивность стресса будет такова, что число оленей станет меньше предела устойчивости гомео стаза экосистемы, то экосистема прекратит свое существование.

2.8. Деятельность человека как источник помех В силу необходимости человек постоянно вмешивается в процессы, идущие в экосистеме, влияя на нее в целом или на отдельные звенья. Влияние человека на экосистемы сказывается весьма интенсивно, поскольку своей деятельностью он создает направленные помехи в механизмах передачи об ратной связи между компонентами. Эти помехи отличны от естественных.

Они не являются инструментом отбора, поскольку в процессе эволюции ор ганизмы к ним приспособиться, как правило, не успевают. Отклонения от нормы некоторых параметров среды выходят в таких случаях за пределы, от вечающие нормам реакции организмов на эти параметры.

Человечество столкнулось с целым рядом экологических проблем из-за того, что оно нарушает основные принципы функционирования экосистем [19].

П е р в ы й п р и н ц и п. Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относи тельно постоянно и избыточно.

До Промышленной революции люди облегчали свой труд, используя энергию домашних животных, дров, ветра, воды. Все это - непрямые источ ники солнечной энергии. Лишь в последние 250 лет мы стали использовать ископаемое топливо, но спустя даже такой короткий период оказались на по роге истощения его ресурсов. Более того, его сжигание породило многочис ленные проблемы загрязнения окружающей среды, включая возможность ка тастрофических по своим последствиям изменений климата в результате из быточного поступления в атмосферу углекислого газа. Как будет показано в главе 5, все практические попытки найти альтернативу солнечной энергии чреваты неустойчивостью процессов, происходящих в биосфере.

В т о р о й п р и н ц и п. На конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

За последние 100 лет численность человечества возрастала с феноме нальной скоростью и продолжает увеличиваться примерно на 90 млн. чело век в год. Тем не менее, множество людей, особенно в развитых странах, по своему рациону относятся, в основном, к третьему трофическому уровню, т.е.

едят мясо. Поскольку для производства одного его килограмма требуется от 10 до 20 килограммов зерна, такой характер нашего питания ложится тяже лым бременем на сельское хозяйство. Чтобы все люди могли позволить себе мясной рацион, надо примерно в 10 раз расширить посевные площади.

Стремление увеличить сельскохозяйственную продукцию оборачивается раз рушением почв в результате эрозии и перевыпаса, что приводит к снижению Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

плодородия земель и возникновению продовольственного кризиса. Этим во просам посвящена следующая глава.

Т р е т и й п р и н ц и п. В естественных экосистемах использование ре сурсов и избавление от отходов осуществляется в рамках круговорота всех элементов.

Вмешательство человека в естественные круговороты основных ве ществ в биосфере резко возрастает, особенно, начиная с 50-х годов нашего столетия, из-за быстрого роста населения и интенсивного использования природных ресурсов [18].

Увеличение содержания углерода в биосфере в результате антропоген ной деятельности происходит в основном в результате двух процессов:

– сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосста новительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество раститель ности, способной поглощать двуокись углерода;

– сжигание углеродсодержащих ископаемых видов топлива и древеси ны. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу. Ученые предсказывают, что этот углекислый газ вместе с другими летучими техно генными выбросами может в ближайшие десятилетия вызвать потепление земной атмосферы и тем самым внести дополнительные изменения в ход ес тественных процессов в биосфере.

Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем:

– сжигание древесины или ископаемого топлива, при котором в атмо сферу выбрасываются большие количества оксида азота (NO). Оксид азота затем в атмосфере соединяется с кислородом и образует диоксид азота (NO2), который при взаимодействии с водяным паром может образовывать азотную кислоту (НNO3), которая является компонентом кислотных осадков, нанося щих вред всему живому;

– добыча полезных ископаемых, содержащих нитрат-ионы и ионы ам мония, для производства минеральных удобрений;

– вынос из почвы нитрат-ионов и ионов аммония при сборе урожая сельскохозяйственных культур с высоким содержанием азота;

– увеличения количества нитрат-ионов и ионов аммония в водных эко системах при попадании в них загрязненных стоков с ферм, полей, комму нально-бытовых канализационных стоков.

Увеличение содержания фосфора в биосфере происходит в результате:

– добычи фосфатных руд для производства минеральных удобрений и моющих средств;

–увеличения избытка фосфат-ионов в водных экосистемах, при попа дании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально бытовых стоков.

Человек вмешивается в круговорот воды двумя способами:

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

– забором большого количества пресной воды из рек, озер и водонос ных горизонтов;

– уничтожением растительного покрова суши. Это приводит к умень шению просачивания поверхностных вод под землю, что сокращает попол нение запасов грунтовых вод.

Загрязнения биосферы, связанные с нарушением человеком указанных принципов функционирования экосистем: физические (тепловое, шумовое, вибрационное, электромагнитное, световое, радиоактивное);

химические (аэ розоли, химические вещества, тяжелые металлы, пестициды, пластмассы, синтетические поверхностно-активные вещества);

биологические (биотиче ское, микробиологическое, генно-инженерное) - ежесекундно, ежемгновенно атакуют экологические ниши популяций - компонентов экосистем и, вместе с тем - пределы устойчивости гомеостаза экосистем. Поскольку постоянно воз растающая интенсивность загрязнений приводит к вытеснению популяций за пределы толерантности (этому способствует синергетика комплексного воз действия загрязнений), происходит повсеместное преодоление загрязнениями пределов устойчивости гомеостаза экосистем, их деградация и гибель.

Ускоряющееся, резкое изменение окружающей природной среды мо жет привести к снижению устойчивости биосферы. Мы стоим на пороге оче редного важного "эволюционного события", которое определит дальнейшее развитие жизни на Земле. Либо произойдет разрушение биосферы, сопрово ждающееся вымиранием большинства видов, либо человек научится контро лировать свою всесокрушающую мощь и создаст устойчивую антропогенную экосистему, где будет соблюдаться равновесие между всеми обитающими на Земле видами, и пойдет дальше по пути совершенствования своих духовных и интеллектуальных способностей. Только такая экосистема позволит сохра нять и развивать науку, технику, культуру, всю цивилизацию. События, из меняющие ход эволюции, происходили в истории Земли приблизительно раз в 100 млн. лет. Осознаем же, что мы живем именно в такую эпоху. В бли жайшие 50 лет нам предстоит сделать выбор: либо создать устойчивую ан тропоэкосистему, либо стать очевидцами катастрофы.

Очевидно, здесь нет альтернативы. Зная основные принципы устойчи вости и равновесия природных экосистем, мы должны применить их в чело веческом обществе и построить здание на фундаменте, который уже заложен [19].

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

Глава 3. СПАСТИ ЗЕМЛЮ – НАКОРМИТЬ МИР 3.1. Демографические проблемы 3.1.1. Рост человеческой популяции.

Рождаемость и половозрастные пирамиды Человек появился на Земле в процессе ее эволюции, как составная часть внешней оболочки и развивается, следуя общим законам биосферы.

[20].

В предыдущих главах мы уже говорили о том, что развитие цивилиза ции является главной причиной изменений, происходящих в природе, к со жалению, в большинстве своем отрицательных.

Как пишет академик Н.Н. Моисеев [20], самое страшное и неотврати мое - мальтузианский кризис: рассогласование растущих потребностей рас тущего человечества и возможностей их удовлетворения убывающими ре сурсами оскудевающей планеты. Еще одна черта мальтузианского кризиса состоит в том, что стремление людей обеспечить свои потребности приводит к разрушению естественных биогеохимических циклов, то есть естественно го круговорота веществ, и неизбежной потере стабильности биосферы как единого организма. Биосфера уже потеряла свою стабильность, и этот про цесс в обозримом будущем, по-видимому, необратим.

До первой промышленной революции, когда биосферу еще можно бы ло считать находящейся в равновесии, на долю всех позвоночных, включая человека, приходился лишь 1 % потребления органики, производимой всей биосферой. Сейчас лишь одно человечество использует более 7 % органики, производимой растениями и животными. Это не просто кризис - это громкий сигнал о нарастающей катастрофе.

Другой сигнал связан с ростом концентрации углекислоты в атмосфере.

Она и раньше не была постоянной, но биота откликалась на изменение кон центрации увеличением или уменьшением фитомассы. В ХХ веке, когда кон центрация углекислоты возросла на 17 %, сколько-нибудь заметного увели чения фитомассы не последовало. Скорее, имеет место обратное явление.

Расчеты показывают, что для возвращения биосферы в равновесие, то есть в состояние, которое обеспечивает бескризисное развитие общества, при современном характере цивилизации, а, следовательно, и уровне потребления (в том числе и энергии), население Земли не может составлять более 500 млн.

человек [20].

Последние 150 лет население Земли росло и продолжает расти феноме нальными темпами. С древнейших исторических эпох до начала прошлого века численность жителей Земли колебалась около нескольких сотен мил лионов человек, то медленно возрастая, то снижаясь из-за эпидемий и волн голода. Только около 1830 г. она достигла численности 1 млрд. человек. Это Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

му в немалой степени способствовало введение новых сельскохозяйственных культур, использование техники, повышавшей эффективность земледелия.

Начала практиковаться селекция домашних животных с высокой продуктив ностью молока и мяса. Работы Луи Пастера, показавшие, что эпидемии вы зываются микроорганизмами, привели к разработке эффективных мер про филактики и лечения заболеваний. Открытие антибиотиков привело к созда нию новых лекарственных препаратов. Важнейшим результатом всего этого было резкое снижение младенческой и детской смертности, увеличение про должительности жизни.

Среднегодовой прирост населения по десятилетиям Миллионы Развитые страны Развивающиеся страны - А Народонаселение мира Миллиарды Развитые страны Развивающиеся страны 1750 1775 1800 1825 1850 1875 1900 1925 1950 1975 2000 2025 2050 2075 Б Рис. 3.1. Демографический взрыв В ХVIII - ХIХ вв. население перешло от состояния медленного роста, перемежающегося спадами, к эпохе взрывообразного увеличения. Около 1930 г., всего через 100 лет после достижения миллиардного уровня, его чис ленность превысила 2 млрд. человек, 30 лет спустя (1960 г.) достигла 3 млрд.

Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

и всего лишь через 15 лет (1975 г.) - 4 млрд. Затем, еще через 12 лет (1987 г.) народонаселение Земли перевалило пятимиллиардную отметку, и такой рост продолжается, составляя примерно 90 млн. (рождаемость минус смерт ность) человек в год (рис. 3.1.). Население планеты увеличивается быстрее, чем бьется сердце человека, которое совершает примерно 38 млн. ударов в год. В конце 1995 г. народонаселение Земли достигло 5 млрд. 750 млн. че ловек. По данным института народонаселения США за 1995 г. на Земле поя вилось 100 млн. жителей - самый большой прирост за всю историю человече ства.

Однако в течение двух последних десятилетий процентные темпы при роста начали снижаться. Несмотря на это, население планеты превысит шес тимиллиардную отметку в 1999 г., и, если не произойдет никаких резких пе ремен, такой характер увеличения популяции сохранится и в ХХI в., пока к его концу численность населения не достигнет 10 млрд. человек [19].

Демографические прогнозы являются делом сложным, так как здесь демографы сталкиваются с проявлением стихии поведения миллионов людей - "масс". Даже ретроспективный анализ пока еще очень беден и мало что мо жет дать для выработки рекомендаций, кроме того, огромную роль в демо графических процессах играют традиции, религия, воспитание и множество других факторов.

Основным фактором, определяющим диспропорции в темпах прироста населения, является суммарный коэффициент рождаемости (СКР), т.е. сред нее число детей, которое рожает каждая женщина в течение жизни (по теку щим статистическим данным) [19]. При современном состоянии здравоохра нения большинство их доживает до половой зрелости и, в свою очередь, об заводится детьми. Если предположить, что все дети выживают, СКР, равный 2,0, обеспечит неизменную численность населения: два ребенка заменят отца и мать, когда те умрут. СКР ниже 2,0 приведет к снижению численности на селения, СКР выше 2,0 обусловит рост населения. СКР, при котором родите лей столько же, сколько сменяющих их детей, т.е. численность популяции остается неизменной, известен как простая воспроизводящая рождаемость (ПВР). Если учесть, что часть детей все-таки не доживает до половой зрело сти, для высокоразвитых стран ПВР составляет сейчас 2,03, а для слаборазви тых - 2,2, поскольку младенческая и детская смертность там выше.

Реальная же ситуация такова: СКР в высокоразвитых странах равен 1,9, т.е. несколько ниже уровня простого воспроизведения. Однако население их до сих пор растет, потому что более высокая рождаемость в прошлом приве ла к тому, что нынешнее поколение достаточно многочисленно и в настоящее время, несмотря на низкий СКР, число новорожденных здесь превышает чис ло умерших. Но уже можно прогнозировать стабилизацию и снижение чис ленности населения, так как нынешнее поколение родителей стареет, умирает и неполностью замещается детьми. СКР в менее развитых странах составляет Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д.

Экология. Часть 1:Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 132 с.

4,1. Это практически вдвое превышает простую воспроизводящую рождае мость и приводит к удвоению численности населения в каждом поколении.

Неодинаковые СКР через определенное время приводят к резко раз личным половозрастным пирамидам, отражающим возрастной и половой со став населения. Их обычно изображают в виде гистограммы, демонстрирую щей количество людей в каждой возрастной группе, обычно с разницей в пять лет. Полосы, соответствующие мужской половине населения, распола гают с одной стороны графика, женской - с другой (рис. 3.2., рис. 3.3.). Мож но видеть, что половозрастная пирамида высокоразвитых стран выглядит как колонна, отражая тот факт, что численности детей, подростков, молодых лю дей, людей среднего и старшего возрастов примерно одинаковы (рис. 3.2.Б).

Это объясняется величиной СКР, близкой к простому воспроизводящему уровню, когда каждая возрастная группа как раз замещает предыдущую.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.